傳熱學(xué)綜合復(fù)習(xí)--第二版20141226(共28頁(yè))

1、PAGE PAGE 35傳熱學(xué)總復(fù)習(xí)(fx)（第二(d r)版）一、概念(ginin)1熱流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量，單位？2熱流密度：?jiǎn)挝粋鳠崦嫔系臒崃髁浚瑔挝唬?時(shí)間常數(shù)：采用集總參數(shù)法分析時(shí)，物體中過(guò)余溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系式中的具有時(shí)間的量綱，稱(chēng)為時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)的數(shù)值越小表示測(cè)溫元件越能迅速地反映流體的溫度變化。4畢渥數(shù)：5傅里葉數(shù)：6Nu, Re, Pr, Gr準(zhǔn)數(shù)：，表征壁面法向無(wú)量綱過(guò)余溫度梯度的大小，由此梯度反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱；，表征流體流動(dòng)時(shí)慣性力與粘滯力的相對(duì)大小，Re的大小能反映流態(tài)；，物性準(zhǔn)則，反映了流體的動(dòng)量傳遞能力與熱量傳遞能力的相對(duì)大?。?，表征浮升力與粘滯力的

2、相對(duì)大小，Gr表示自然對(duì)流流態(tài)對(duì)換熱的影響。7對(duì)流傳熱系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的對(duì)流傳熱量，單位為W(m2K)。對(duì)流傳熱系數(shù)表示對(duì)流傳熱能力的大小。8溫度梯度：在等溫面法線方向上最大溫度變化率。9熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）：物性參數(shù)，熱流密度矢量與溫度降度的比值，數(shù)值上等于1 Km的溫度梯度作用下產(chǎn)生的熱流密度。熱導(dǎo)率是材料固有的熱物理性質(zhì)，表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。導(dǎo)熱系數(shù)的變化規(guī)律？10導(dǎo)溫系數(shù)（熱擴(kuò)散系數(shù)）：材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)。11穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體中各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而改變的導(dǎo)熱過(guò)程。12非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體中各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而改變的導(dǎo)熱過(guò)程。13傅里葉定律：在各

3、向同性均質(zhì)的導(dǎo)熱物體中，通過(guò)某導(dǎo)熱面積的熱流密度正比于該導(dǎo)熱面法向溫度變化率。14保溫(隔熱)材料：0.12 W/(mK)(平均溫度不高于350時(shí))的材料。15肋效率：肋片實(shí)際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。16定解條件(單值性條件)：使微分方程獲得適合某一特定(tdng)問(wèn)題解的附加條件，包括初始條件和邊界條件。17. 速度邊界層：在流場(chǎng)中壁面附近流速發(fā)生(fshng)急劇變化的薄層。如何(rh)量化？18. 溫度邊界層：在流體溫度場(chǎng)中壁面附近溫度發(fā)生急劇變化的薄層。如何量化？19吸收比：投射到物體表面的熱輻射中被物體所吸收的比例。20反射比：投射到物體表面的熱輻射中被物體表面所反射的比例。

4、21黑體：吸收比= 1的物體。22白體：反射比=l的物體(漫射表面)23灰體：光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的理想物體。24黑度：實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力的比值，即物體發(fā)射能力接近黑體的程度。25輻射力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)物體的單位輻射面積向外界(半球空間)發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射能。26角系數(shù)：從表面1發(fā)出的輻射能直接落到表面2上的百分?jǐn)?shù)。角系數(shù)的特點(diǎn)？27. 斯蒂芬-波爾茨曼定律？28. 普朗克定律？29. 蘭貝特定律？30. 基爾霍夫定律（基希霍夫定律）？31. 沸騰傳熱需要的條件？32. 大容器的飽和沸騰曲線區(qū)域？33. 對(duì)流傳熱的研究方法？34. 內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式？35. 外部強(qiáng)制對(duì)流實(shí)

5、驗(yàn)關(guān)聯(lián)式？36. 大空間自然對(duì)流實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式？37. 膜狀冷凝的影響因素？38. 電磁波波譜對(duì)輻射傳熱的影響？39. 兩個(gè)漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)輻射傳熱計(jì)算？40. 應(yīng)用隔熱板隔熱原理二、填空，見(jiàn)一三、選擇，見(jiàn)一四、簡(jiǎn)答1.導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散系數(shù)a（又稱(chēng)為導(dǎo)溫系數(shù)）之間有什么區(qū)別和聯(lián)系。答：導(dǎo)溫系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)成正比關(guān)系(a=/c)，但導(dǎo)溫系數(shù)不但與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，還與材料的熱容量(或儲(chǔ)熱能力)也有關(guān)；從物理意義看，導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱，導(dǎo)溫系數(shù)表征材料傳播溫度變化的能力的大小，兩者都是物性參數(shù)。2.一維平板非穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源常導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱問(wèn)題的導(dǎo)熱微分方程表達(dá)式。答：導(dǎo)熱微分方程的基本(

6、jbn)形式為：無(wú)內(nèi)熱源(ryun)、導(dǎo)熱(dor)系數(shù)為常數(shù)時(shí)，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程為： 一維平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程為：平板兩側(cè)都為第一類(lèi)邊界條件為：平板兩側(cè)一側(cè)為第一類(lèi)邊界條件，另一側(cè)為第二類(lèi)邊界條件為：3.試說(shuō)明集總參數(shù)法的物理概念？答：當(dāng)固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于其表面的換熱熱阻時(shí)，即當(dāng)內(nèi)外熱阻之比趨于零時(shí)，影響換熱的主要環(huán)節(jié)是在邊界上的換熱能力，內(nèi)部由于熱阻很小因而溫度趨于均勻，以至于不需要關(guān)心溫度在空間的分布，溫度只是時(shí)間的函數(shù)。4.什么叫時(shí)間常數(shù)？試分析測(cè)量恒定的流體溫度時(shí)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。答：,具有時(shí)間的量綱，稱(chēng)為時(shí)間常數(shù)，數(shù)值上等于過(guò)余溫度為初始過(guò)余溫度的36.8%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)

7、間。越小，表示物體熱慣性越小，到達(dá)流體溫度的時(shí)間越短。測(cè)溫元件的時(shí)間常數(shù)大小對(duì)恒溫流體的測(cè)量準(zhǔn)確度沒(méi)有影響，對(duì)變溫流體的測(cè)量準(zhǔn)確度有影響，越小，準(zhǔn)確度越高。5.溫度計(jì)套管測(cè)量流體溫度時(shí)如何提高測(cè)溫精度。答：溫度計(jì)套管可以看作是一根吸熱的管狀肋(等截面直肋)，利用等截面直肋計(jì)算肋端溫度th的結(jié)果，可得采用溫度計(jì)套管后造成的測(cè)量誤差t為t=tf-th=，其中，欲使測(cè)量誤差t下降，可以采用以下幾種措施：(1)降低(jingd)壁面與流體的溫差(tf-t0)，也就是(jish)想辦法使肋基溫度t0接近(jijn)tf，可以通過(guò)對(duì)流體通道的外表面采取保溫措施來(lái)實(shí)現(xiàn)；(2)增大(mH)值，使分母ch(mH

8、)增大。具體可以用以下手段實(shí)現(xiàn)：a）增加H，延長(zhǎng)溫度計(jì)套管的長(zhǎng)度；b）減小，采用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料做溫度計(jì)套管，如采用不銹鋼管，不要用銅管。因?yàn)椴讳P鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比銅和碳鋼小；c）降低，減小溫度計(jì)套管的壁厚，采用薄壁管；d）提高h(yuǎn)增強(qiáng)溫度計(jì)套管與流體之間的熱交換。)參考教材page6.用熱電偶測(cè)定氣流的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)時(shí)，怎樣才能改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性？答：要改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性可采取以下措施：1）盡量降低熱電偶的時(shí)間常數(shù)；2）在形狀上要降低熱電偶的體積與面積之比；3）選擇熱容小的材料；4）強(qiáng)化熱電偶表面的對(duì)流換熱。7.強(qiáng)化管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流傳熱的方法答：1）增加平均溫度差，如采取逆流換熱2）增加換熱

9、面積3）增加流體流速，增加流體擾動(dòng)4）減小污垢熱阻5）采用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料8.不凝性氣體影響膜狀凝結(jié)傳熱的原因？答：(1)含有不凝性氣體的蒸汽凝結(jié)時(shí)在液膜表面會(huì)逐漸積聚起不凝性氣體層，將蒸汽隔開(kāi)，蒸汽凝結(jié)必須穿過(guò)氣層，使換熱熱阻大大增加；(2)隨著蒸汽的凝結(jié)，液膜表面氣體分壓增大，使凝結(jié)蒸汽的分壓降低，液膜表面蒸汽的飽和溫度降低，減少了有效冷凝溫差，削弱了凝結(jié)換熱。9.試用傳熱原理說(shuō)明冬天可以用玻璃溫室種植熱帶植物的原理？答：可以從可見(jiàn)光、紅外線的特性和玻璃的透射比來(lái)加以闡述。玻璃在日光(短波輻射)下是一種透明體，透過(guò)率在90以上，使絕大部分陽(yáng)光可以透過(guò)玻璃將溫室內(nèi)物體(wt)和空氣升溫。室內(nèi)

10、物體所發(fā)出的輻射(fsh)是一種長(zhǎng)波輻射紅外線，對(duì)于長(zhǎng)波輻射玻璃的透過(guò)率接近于零，幾乎是不透明(tumng)(透熱)的，因此，室內(nèi)物體升溫后所發(fā)出的熱輻射被玻璃擋在室內(nèi)不能穿過(guò)。玻璃的這種輻射特性，使室內(nèi)溫度不斷升高。11.玻璃可以透過(guò)可見(jiàn)光，為什么在工業(yè)熱輻射范圍內(nèi)可以作為灰體處理?答：可以從灰體的特性和工業(yè)熱輻射的特點(diǎn)論述。所謂灰體是針對(duì)熱輻射而言的，灰體是指吸收率與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體。在紅外區(qū)段，將大多數(shù)實(shí)際物體作為灰體處理所引起的誤差并不大，一般工業(yè)熱輻射的溫度范圍大多處于2000K以下，因此其主要熱輻射的波長(zhǎng)位于紅外區(qū)域。許多材料的單色吸收率在可見(jiàn)光范圍內(nèi)和紅外范圍內(nèi)有較大的差別，如玻璃

11、在可見(jiàn)光范圍內(nèi)幾乎是透明的，但在工業(yè)熱輻射范圍內(nèi)則幾乎是不透明的，并且其光譜吸收比與波長(zhǎng)的關(guān)系不大，可以作為灰體處理。12.為什么說(shuō)大氣中的C02含量增加會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)?答：CO2氣體具有相當(dāng)強(qiáng)的輻射和吸收能力，屬于溫室氣體。根據(jù)氣體輻射具有選擇性的特點(diǎn)，CO2氣體的吸收光帶有三段：2.65-2.8、4.15-4.45、13.0-17.0m，主要分布于紅外區(qū)域。太陽(yáng)輻射是短波輻射，波長(zhǎng)范圍在0.38-0.76m，因此，對(duì)于太陽(yáng)輻射CO2氣體是透明的，能量可以射入大氣層。而地面向空間的輻射是長(zhǎng)波輻射，主要分布于紅外區(qū)域，這部分輻射在CO2氣體的吸收光帶區(qū)段，CO2氣體會(huì)吸收能量，是不透明的。在正

12、常情況下，地球表面對(duì)能量的吸收和釋放處于平衡狀態(tài)，但如果大氣中的CO2含量增加，會(huì)使大氣對(duì)地面輻射的吸收能力增強(qiáng)，導(dǎo)致大氣溫度上升，導(dǎo)致所謂的溫室效應(yīng)。參考教材page13.北方深秋季節(jié)的清晨，樹(shù)葉葉面上常常結(jié)霜，為什么?答：霜會(huì)結(jié)在樹(shù)葉的上表面。因?yàn)榍宄?，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對(duì)樹(shù)葉下表面來(lái)說(shuō)，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹(shù)葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。14.什么叫黑體、灰體和白體?它們分別與黑色物體、灰色物體、白色(bis)物體有什么區(qū)別?在輻射傳熱中，引入黑體與灰體有什么意

13、義?答：黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種(y zhn)科學(xué)假想的物體，現(xiàn)實(shí)生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體?；殷w：?jiǎn)紊l(fā)射率與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱(chēng)為灰體。其發(fā)射和吸收輻射(fsh)與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個(gè)相同的比例。根據(jù)黑體、白體、灰體的定義可以看出，這些概念都是以熱輻射為前提的?；疑?、黑色、白色是針對(duì)可見(jiàn)光而言的。黑體、白體、灰體并不是指可見(jiàn)光下物體的顏色，黑體概念的提出使熱輻射的吸收和發(fā)射具有了理想的參照物。灰體概念的提出使吸收率的確定及輻射換熱計(jì)算大為簡(jiǎn)化，具有重要的作用，實(shí)際物體在紅外波段范圍內(nèi)可近似地視為灰體。15.說(shuō)明用熱電偶測(cè)量

14、高溫氣體溫度時(shí)，產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因有哪些?可以采取什么措施來(lái)減小測(cè)量誤差?答：用熱電偶測(cè)量高溫氣體時(shí)，同時(shí)存在氣流對(duì)熱電偶換熱和熱電偶向四壁的輻射散熱兩種傳熱情況，熱電偶的讀數(shù)即測(cè)量值小于氣流的實(shí)際溫度產(chǎn)生誤差。所以，引起誤差的因素：煙氣與熱電偶間的復(fù)合換熱量?。粺犭娕寂c爐膛內(nèi)壁間的輻射換熱量大。減小誤差的措施：減小煙氣與熱電偶間的換熱熱阻，如抽氣等；增加熱電偶與爐膛間的輻射熱阻，如加遮熱板；設(shè)計(jì)出計(jì)算誤差的程序或裝置，進(jìn)行誤差補(bǔ)償。參考教材page16.導(dǎo)熱問(wèn)題數(shù)值求解的基本步驟。Page16317.內(nèi)節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)：外部角點(diǎn)、內(nèi)部角點(diǎn)、平直邊界上熱平衡離散方程的建立169五、模型1.平板(

15、pngbn)無(wú)內(nèi)熱源(ryun)，為常數(shù)(chngsh)，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱兩側(cè)均為第一類(lèi)邊界條件數(shù)學(xué)描述:t2t10 xt對(duì)微分方程直接積分兩次，得微分方程的通解利用兩個(gè)邊界條件，將兩個(gè)積分常數(shù)代入原通解，可得平壁內(nèi)的溫度分布如下如右圖所示，為線性分布。2.無(wú)內(nèi)熱源，為常數(shù)，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，一側(cè)為第一類(lèi)邊界條件，另一側(cè)為第二類(lèi)或第三類(lèi)邊界條件。此時(shí)導(dǎo)熱微分方程式不變，平壁內(nèi)部的溫度分布仍是線性的，只是t2未知。壁面上的溫度t2可由邊界條件確定另一側(cè)為第二類(lèi)邊界條件另一側(cè)為第三類(lèi)邊界條件3.無(wú)內(nèi)熱源，變導(dǎo)熱(dor)系數(shù)， 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(dor)，兩側(cè)(lin c)均為第一類(lèi)邊界條件。數(shù)學(xué)描述:利用邊界條件最后得

16、溫度分布為拋物線形式：當(dāng)b0，=0(1+bt)，隨著t增大，增大，即高溫區(qū)的導(dǎo)熱系數(shù)大于低溫區(qū)。所以高溫區(qū)的溫度梯度dt/dx 較小，而形成上凸的溫度分布。當(dāng)b0，情況相反。如圖所示。 4.有均勻內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，為常數(shù)，兩側(cè)均為第一類(lèi)邊界條件。數(shù)學(xué)描述:對(duì)微分方程直接積分兩次，得微分方程的通解利用兩個(gè)邊界條件，得到(d do)，得到(d do)將兩個(gè)積分常數(shù)(chngsh)代入原通解，可得平壁內(nèi)的溫度分布如下5.通過(guò)多層平壁的導(dǎo)熱，兩側(cè)均為第一類(lèi)邊界條件。在穩(wěn)態(tài)、無(wú)內(nèi)熱源的情況下，通過(guò)各層的熱流量相等。熱流量也等于總溫差比上總熱阻。如圖所示當(dāng)厚度相等時(shí)，斜率大，溫差大，材料導(dǎo)熱系數(shù)小。 ， 6

17、.通過(guò)單層圓筒壁的導(dǎo)熱(無(wú)內(nèi)熱源，為常數(shù)，兩側(cè)均為第一類(lèi)邊界條件)數(shù)學(xué)描述: 積分上面的微分方程兩次得到其通解為:利用兩個(gè)邊界條件，得到(d do)，將兩個(gè)積分(jfn)常數(shù)代入通解，得圓筒壁內(nèi)的溫度(wnd)分布如下：，溫度分布是一條對(duì)數(shù)曲線。圓筒壁內(nèi)溫度分布曲線的形狀？；。通過(guò)圓筒壁的熱流量為7.多層圓筒壁由不同材料構(gòu)成的多層圓筒壁，其導(dǎo)熱熱流量可按總溫差和總熱阻計(jì)算。為通過(guò)單位長(zhǎng)度圓筒壁的熱流量。8.單層圓筒壁，第三類(lèi)邊界條件，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。9.多層圓筒壁，第三類(lèi)邊界條件，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(dor)。10.試由導(dǎo)熱微分方程出發(fā)，導(dǎo)出通過(guò)有內(nèi)熱源的空心柱體的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱熱量計(jì)算式及壁中的溫度(wnd)分布

18、。為常數(shù)(chngsh)。解：有內(nèi)熱源空心圓柱體導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的導(dǎo)熱微分方程式為r0rwt0twr = r0, t=t0；r = rw, t = tw經(jīng)過(guò)積分得代入邊界條件得區(qū)別于page74具有內(nèi)熱源的圓柱體導(dǎo)熱（如下題11）（通解(tngji)一樣，但已知條件不同，邊界條件不同）11.通過(guò)含內(nèi)熱源實(shí)心(shxn)圓柱體的導(dǎo)熱 對(duì)上面的微分方程積分(jfn)兩次，得到： 進(jìn)一步利用兩個(gè)邊界得出圓柱體內(nèi)的溫度分為： 由傅里葉定律可得出壁面處的熱流量：12.內(nèi)、外半徑分別為r1、r2，球殼材料的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，無(wú)內(nèi)熱源，球殼內(nèi)、外側(cè)壁面分別維持均勻恒定的溫度t1、t2。溫度分布:熱流量:13.金

19、屬實(shí)心長(zhǎng)棒通電加熱,單位長(zhǎng)度的熱功率(gngl)等于l(單位是W/m)，材料(cilio)的導(dǎo)熱系數(shù)，表面(biomin)發(fā)射率、周?chē)鷼怏w溫度為tf，輻射環(huán)境溫度為T(mén)sur，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h均已知，棒的初始溫度為t0。試給出此導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述。解：此導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述 2tw2tw114.一厚度為2的無(wú)限大平壁，導(dǎo)熱系數(shù)為常量，壁內(nèi)具有均勻的內(nèi)熱源(單位為W/m3)，邊界條件為x0，t=tw1；x=2，t=tw2；tw1tw2。試求平壁內(nèi)的穩(wěn)態(tài)溫度分布t(x)及最高溫度的位置xtmax，并畫(huà)出溫度分布的示意圖。解：建立數(shù)學(xué)描述如下：，對(duì)微分方程直接積分兩次，得微分方程的通解利用上述兩個(gè)邊界條件

20、，得到，得到將兩個(gè)積分常數(shù)代入原通解，可得平壁內(nèi)的溫度分布如下?lián)傻米罡邷囟?wnd)的位置xtmax，即(參考(cnko)4)15.一塊(y kui)厚為2的無(wú)限大平板，初始溫度為t0，在初始瞬間將它放置于溫度為t的流體中，流體與板面間的換熱系數(shù)為h，求t=f(x,)。解：導(dǎo)熱微分方程為xt初始條件為邊界條件為16.一塊無(wú)限大平壁，厚為，左側(cè)絕熱，右側(cè)與某種流體進(jìn)行對(duì)流換熱，表面換熱系數(shù)為h，流體溫度為tf。平壁本身具有均勻的內(nèi)熱源 ，求平壁中的溫度分布、t1及t2（傳熱是穩(wěn)定的）17.導(dǎo)熱問(wèn)題的完整數(shù)學(xué)描述(mio sh)：導(dǎo)熱微分方程 + 定解條件0 xtw2tw1常見(jiàn)(chn jin)

21、的邊界條件有三類(lèi)： 1.第一類(lèi)邊界(binji)條件:指定邊界上的溫度分布。0 xqw2.第二類(lèi)邊界條件:給定邊界上的熱流密度。0 xhqwtf3.第三類(lèi)邊界條件:給定邊界面與流體間的換熱系數(shù)和流體的溫度。牛頓冷卻定律：傅里葉定律：第三類(lèi)邊界條件:六、計(jì)算(j sun)1.Page61例題(lt)2-62.Page122例題(lt)3-23.Page152，習(xí)題3-6一初始溫度為t0的物體，被置于室溫為t的房間中。物體表面的發(fā)射率為，表面與空氣間的換熱系數(shù)為h。物體的體積為V，參與換熱的面積為A，比熱容和密度分別為c及。物體的內(nèi)熱阻可忽略不計(jì)，試列出物體溫度隨時(shí)間變化的微分方程式。解：由題意知

22、，固體溫度始終均勻一致，所以可按集總熱容系統(tǒng)處理。 固體通過(guò)熱輻射散到周?chē)臒崃繛椋?固體通過(guò)對(duì)流散到周?chē)臒崃繛椋?固體散出的總熱量等于其焓的減小 即 4.Page153，習(xí)題3-12一塊單側(cè)表面積為A、初溫為t0的平板，一側(cè)表面突然受到恒定熱流密度qw的加熱，另一側(cè)表面受到初溫為的氣流冷卻，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h。試列出物體溫度隨時(shí)間變化的微分方程式并求解之。設(shè)內(nèi)阻可以不計(jì)，其他的幾何、物性參數(shù)均已知。 解：由題意，物體內(nèi)部熱阻可以忽略，溫度只是時(shí)間的函數(shù)，一側(cè)的對(duì)流換熱和另一側(cè)恒熱流加熱作為內(nèi)熱源處理，根據(jù)熱平衡方程可得控制方程為: 引入過(guò)余溫度(wnd)則: 上述控制(kngzh)方程的解為

23、: 由初始條件有： ，故溫度(wnd)分布為: 5.Page153，習(xí)題3-13一塊厚20mm的鋼板，加熱到500后置于20的空氣中冷卻。設(shè)冷卻過(guò)程中鋼板兩側(cè)面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(mK)，熱擴(kuò)散系數(shù)為。試確定使鋼板冷卻到與空氣相差10所需的時(shí)間。解：以鋼板中心面為對(duì)稱(chēng)面，因此鋼板的特征長(zhǎng)度為0.01m。鋼板冷卻到與空氣相差10時(shí)，即為鋼板終態(tài)時(shí)的過(guò)余溫度10，即鋼板初始過(guò)余溫度為 首先檢驗(yàn)Bi數(shù)： 0.1因此可以采用集總參數(shù)法鋼板冷卻到與空氣(kngq)相差10所需的時(shí)間(shjin)為3618秒。6.Page188習(xí)題(xt)4-9在附圖所示的有內(nèi)熱源的二維導(dǎo)熱區(qū)

24、域中，一個(gè)界面絕熱，一個(gè)界面等溫（包括節(jié)點(diǎn)4），其余兩個(gè)界面與溫度為的流體對(duì)流換熱，h均勻，內(nèi)熱源強(qiáng)度為。試列出節(jié)點(diǎn)1，2，5，6，9，10的離散方程式。解：節(jié)點(diǎn)1：；節(jié)點(diǎn)2：；節(jié)點(diǎn)5：；節(jié)點(diǎn)6：；節(jié)點(diǎn)9：；節(jié)點(diǎn)10：。6.Page288習(xí)題(xt)6-14常壓下空氣(kngq)在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)流動(dòng)，入口(r ku)溫度為65，入口體積流量為，管壁的平均溫度為180。求：管子多長(zhǎng)才能使空氣加熱到115。（忽略短管效應(yīng)）已知90下空氣的物性數(shù)據(jù)為： 65空氣，；115空氣解： 定性溫度相應(yīng)的物性值為： 65時(shí)空氣，故進(jìn)口質(zhì)量流量：， 按強(qiáng)制湍流對(duì)流傳熱計(jì)算對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 空氣在115

25、時(shí)，65時(shí)，。故加熱空氣所需熱量為：所需管長(zhǎng)為2.62m。7.page289習(xí)題6-25已知：冷空氣溫度為0，以6m/s的流速平行的吹過(guò)一太陽(yáng)能集熱器的表面。該表面尺寸為，其中一個(gè)邊與來(lái)流方向垂直。表面平均溫度為20。 求：由于(yuy)對(duì)流散熱而散失的熱量。解：10空氣(kngq)的物性 8.熱處理工藝中，常用(chn yn)銀球來(lái)測(cè)定淬火介質(zhì)的冷卻能力。今有兩個(gè)直徑均為20mm的銀球，加熱到650后分別置于20的靜止水和20的循環(huán)水容器中。當(dāng)兩個(gè)銀球中心溫度均由650變化到450時(shí)，用熱電偶分別測(cè)得兩種情況下的降溫速率分別為180s及360s。在上述溫度范圍內(nèi)銀的物性參數(shù)10500 kgm

26、3，Cp2.62102J(kgK)，360w(mK)。試求兩種情況下銀球與水之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：本題表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)未知，即Bi數(shù)為未知參數(shù)，所以無(wú)法判斷是否滿足集總參數(shù)法條件。為此先假定滿足集總參數(shù)法條件，然后驗(yàn)算。(1) 對(duì)靜止水情形，由 且，驗(yàn)算(yn sun)Bi數(shù)：滿足(mnz)集總參數(shù)條件。(2)對(duì)循環(huán)水情形(qng xing)，同理，按集總參數(shù)法計(jì)算，h = 3149x1.11/0.56 = 6299 W/(m2K)，因此不滿足集總參數(shù)法條件,改用諾謨圖。此時(shí)，。查諾謨圖得，故：9.一雙層玻璃窗，寬1.2m，高1.5m，厚3mm，玻璃導(dǎo)熱系數(shù)為1.05W/(mK)；中間空氣層厚5

27、mm，假設(shè)空氣間隙僅起導(dǎo)熱作用，空氣導(dǎo)熱系數(shù)為0.026W/(mK)。室內(nèi)空氣溫度為25。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20W/(m2K)；室外空氣溫度為-10，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15 W/(m2K)。試計(jì)算通過(guò)雙層玻璃窗的散熱量，并與單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。解：(1)雙層玻璃窗情形，由傳熱過(guò)程計(jì)算式：(2)單層玻璃窗情形：顯然，單層玻璃竊的散熱量是雙層玻璃窗的2.6倍。因此，北方的冬天常常采用(ciyng)雙層玻璃窗使室內(nèi)保溫。10.某工廠(gngchng)用的無(wú)縫鋼管(w fng n un)輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在管外包兩層絕熱材料，第一層為厚30mm

28、的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為；第二層為厚30mm的石棉灰，其熱導(dǎo)率為。管內(nèi)壁溫度為300，保溫層外表面溫度為50，管路長(zhǎng)40m。試求該管路的散熱量。解：根據(jù)題意，畫(huà)出鋼管保溫層的示意圖 = 273.1W/m 11.已知：外徑為100mm的鋼管橫穿過(guò)室溫為27的大房間，管外壁溫度為100，表面發(fā)射率為0.85，已知空氣物性： kgm3， w(mK)， m2s，空氣的Pr=0.695，求：?jiǎn)挝还荛L(zhǎng)上的熱損失。提示：空氣自然對(duì)流Nu = 0.48(GrPr)0.25，解：向環(huán)境的輻射散熱損失；定性(dng xng)溫度 ， ，每米管長(zhǎng)上的熱損失(snsh)為。12.例題(lt)3-4掌握?qǐng)D3-7,3-8,3-9的用法13. 用熱電偶來(lái)測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)著的熱空氣溫度，如圖。熱電偶測(cè)得溫度t1=400，管壁由于散熱測(cè)得溫度t2350，熱電偶頭部和管壁的發(fā)射率分別為0.8和0.7。從氣流到熱電偶頭部的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為35W/(m2K)。試計(jì)算由于熱電偶頭部